Method Article
우리는 decellularized의 폐를 세포외 기질 및 기능 폐 조직을 생성하는 데 사용할 수있는 소설 biomimetic 생물 반응기를 개발했습니다. 생물 반응기에서 매트릭스와 culturing에 세포를 시딩함으로써, 우리는 시간의 짧은 기간에 대한 생체내에 이식하면 효과 가스 교환을 보여주는 조직을 생성합니다.
폐암 및 만성 폐쇄 폐 질환과 같은 만성 폐 질환, 연간 몇 280,000의 죽음에 대한 cumulatively 계정을 포함하여 폐 조직; 만성 폐쇄 폐 질환은 현재 미국 1 죽음의 네 번째 주요 원인이다. 이 사망률에 기여하는 것은 폐 일반적으로 수리 또는 미세한, 세포 수준 이상 재생하지 않는 것이 사실이다. 따라서 변성이나 감염 또는 수술 resected입니다 폐 조직에 의해 손상된 폐 조직은 기능상 생체내에서 대체되지 않습니다. 폐 조직은 체외에서 발생 될 수 있는지 여부를 탐험하기 위해, 우리는 acellular 폐암 세포외 기질 발판을 생산하는 세포 구성 요소를 제거하는 절차를 사용하여 성인 쥐의 폐 치료. 이 발판은 항공 및 vasculature의 계층 구조 분기뿐만 아니라, 콜라겐 IV, laminin 및 fibronectin 구성되어 대체로 그대로 지하 막을 유지합니다. 발판과 같은 부정적인 압력 환기 및 타악기 혈관 재관류로 폐 생리학의 중요한 측면을 모방하기위한 생물 반응기에 장착됩니다. culturing 폐 상피 및 생물 반응기 장착 발판 이내에 혈관 내피함으로써, 우리는 기본 폐 조직에 phenotypically 비교하고 그 짧은 시간 간격 (45~1백20분)의 가스 교환에 참여할 수있는 폐 조직을 생성할 수 있습니다. 이러한 결과는 격려하고, 폐 행렬의 repopulation은 폐 재생을위한 실질적인 전략 제안하고 있습니다. 이것은 가능성뿐만 아니라 이식에 대한 폐 조직의 공급을 증가 향해 일할뿐만 아니라, 더 이상 기간과 이전에 가능했습니다보다 정확한 microenvironment에 체외에서 호흡기 세포 및 분자 생물학을 공부하는 기회를 제공합니다.
1. 생물 반응기 어셈블리
decellularization과 문화 모두를위한 생물 반응기 설계 및 조립의 자세한 모습 (들)은 각각 그림 1 및 2에 제공됩니다. 모든 구성 요소는 생물 반응기의 조립하기 전에 소독을해야합니다. 다음과 같은 구체적인 사항이 설명되어 있습니다 :
연결 :
기능 :
2. 장기 적출 수술
3. 오르간 Decellularization
솔루션 500ml가 폐 통해 perfused 때까지 decellularization 솔루션 Perfuse. 최적 압력이 <15 mmHg (~ 20cm H 2 O). 이것은 일반적으로 2.5 시간을 필요로합니다. 흐름 속도는 초기에 일반적으로 (0.2-0.5ml/minute) 매우 느리게하며, 빠른 속도로 약 1ml/minute 이상으로 두 번째 시간에 향상시킬 수 있습니다. 정기적으로 충분한 액체를 확보, 생물 반응기에서 사용 decellularization 유체를 제거하면 폐 및 tracheal 정맥을 지원하기 위해 남아 있습니다.
4. rinsing 오르간 및 살균
5. Recellularization
장기 reseeding에 대한 세포 소스의 선택은 개별 조사까지 남아 있습니다. 많은 세포 소스는 상용 인구, 갓 절연 신생아 또는 태아의 폐 세포, 배아 줄기 세포, 또는 상용 휴대 소스를 포함하여, 이용하실 수 있습니다. 이 세포 집단에 대한 구체적인 격리 프로토콜은 다른 4,5,6 찾을 수 있습니다. 여기, 우리는 어떻게 씨앗을 모두 내피와 상피 세포의 인구에 대한 지침을 제공합니다.
내피 시딩 :
상피 시딩 :
6. 오르간 문화
재관류의 내용 및 환기 실험 설계에 따라 달라집니다 있지만, 다음 사항이 설명되어 있습니다 :
7. 대표 결과 :
Decellularization
프로토콜이 올바르게 수행되면, 갓 추출된 폐 누설하지 않고 공기를 개최한다. 액체에 빠져들면서 공기를 가득 찬 것은 이것을 확인할 수 있습니다 - 공기 누출을 나타내는 모든 거품이 없을 것입니다. (° C, 그리고 PBS는 궁극적으로 10 ML / 분 호흡을 통해 흐름을 할 수 있어야한다 37에서 3 시간 - 이후 decellularization 2.5의 과정을 통해 호흡을 통해 흐름에 decellularization 유체의 ~ 500ml 허용해야합니다~ 아래의 끝에 정수압의 15mm의 HG)가 rinsing. 0.1 % peracetic 산성과 benzonase 치료 후 폐는 최대 3 개월까지 4 ° C에 저장 될 수 있으며, 여전히 recellularization 적합 남아있다.
최종 decellularized 세포외 기질은 세포 물질을 완벽하게 찾아볼 수 있으며, 기본 폐의, 총 미세한 및 ultrastructural 특성을 유지한다. 부족 decellularization 또는 rinsing는 잔여 DNA가 (비교 그림 3 참조) 얼룩 표준 hematoxylin과 eosin과 시각 수있는 발판에 "고집"에 발생할 수 있습니다.
acellular 매트릭스 및 폐 조직의 문화 Repopulation
세포가 갓으로 피터슨 및 동료 4로 작업을 함께 온라인 보완에 설명된 칠일 된 신생아의 쥐 새끼에서 격리하는 경우, 하나 (10 새끼의 쓰레기 당 120-150 수백만 세포의 세포 수율을 기대할 수 막 넘는 10000000 neonate 당 세포).
셀 시딩 및 생물 반응기에서 폐의 후속 문화에 대한 최적 조건은 폐암의 모든 5 엽 (叶) 내에 잘 분산된 세포를 양보해야하고, 세포외 기질 발판 (그림 3)의 약 70 %의 혜택을 제공해야합니다. 교양 세포 인구는 상대적으로 풍부한 순서로 프로 분비 단백질 - C (SPC), 클라라 세포 분비 단백질 (CCSP) 및 aquaporin - 5 (AQP), (그림 4)와 같은 주요 호흡기 세포 마커에 대한 긍정적인 것입니다.
그림 1. 캐뉼러 위치 및 decellularization의 생물 반응기
그림 2. 생물 반응기는 엔지니어링 폐 조직의 시딩와 문화에 사용
그림 3. 원시, decellularized의 조직학 및 repopulated 폐
그림 4. 주요 폐암 마커에 대한 Immunofluorescence 염색법
시스템의 가장 중요한 측면은 여기 불임의 유지 보수 및 발판과 culturing repopulated의 폐 준비하고 시딩의 과정을 통해 혈관 침대에 적용된 압력에 가까운 모니터링을 포함 제시. 불임은 가장 사용하기 전에 모든 자료를 autoclaving하여 신속히 explant 후 닫힌 시스템에서 폐를 장착이 장벽의 후속 위반을 피하기에 의해 유지됩니다. decellularized 행렬이 완전히 씻어서 문화 살균 생물 반응기로 전송되고 나면, 실리콘 캡 및 기타 바다표범과 연결 방해하거나 제거해서는 안됩니다. 가능한 검사에서 압력을 유지하려면 중력에 의해 주도 흐름이 바람직합니다. 펌프가 문화 중 PBS와 계속 함께 rinsing 이후부터 액체의 재순환을 위해 필요한 경우, 우리는 직접 액체는 압력 변환기와 폐동맥을 입력 바로 전에 압력을 측정하는 것이 좋습니다. 적용 압력의 크기는 15mm의 HG를 초과해서는 안됩니다.
Recellularized의 폐는 일반적으로 사일에서 최대 3 주에 이르는 기간을, 변화를위한 교양 수 있습니다. 환기는 일반적으로 상피 문화 중 하나 호흡 / 분 속도로 적용하는 동안 혈관 재관류는 일반적으로, 내피 문화 중 1-3 ML / 분 수행됩니다. 복합 문화 기간 동안 동시 환기 및 재관류가 적합합니다. 환기는 액체 배지 또는 공기 중과 함께 수행할 수 있습니다.
지난 몇 년간의 과정 동안, 몇몇 그룹은 체외에서 폐 상피을 차별과 폐 microanatomy 7, 8, 9, 10의 여러 측면을 복제의 가능성을 보여주는 중요한 조직 엔지니어링 작업을 완료했습니다. 그러나, 최근까지, 폐 조직을 엔지니어 이러한 시도 4,5 아무도 혈액과기도 구획 사이의 분리를 유지하고 가스 교환에 참여할 수있게되었습니다 implantable 장기 결과도 있었다. 설명한 방법은 기능적인 폐 조직을 생성하는 장기적인 목표를 향해서만 초기 단계 아르하지만 따라서,이 작품은 이식에 사용할 수 폐 조직의 양을 증가의 가능성을 향해 고무적인 단계입니다. 또한,이 작품은 조직 공학 복잡한 입체 구조를위한 발판으로 decellularized 세포외 기질의 효능을 입증하고 세포의 다양한 유형의 성장과 생존을 지원하는 오트 외.과 Uygun 및 동료 11,12 의해 수행되는 작업을 elaborates . 이 작품은 호흡기 세포 및 분자 생물학의 armamentarium하기 위해 기여 또한 중요하다. 더 전통적인 방법 13 실험실에서 culturing의 쥐 상피는 과학자들이 사용할 수있는 경우도 발생할 수도도 적절한 기계적 자극을 제공할 수 있으며, 그 빠른 드 분화의 수행자 위험을 공유하지 않는 유일한, 3 차원 환경을 제공함으로써 세포 분화 및 기능에 역할을 세포 - 세포 및 세포 - 매트릭스 상호 작용에 새로운 통찰력을 얻을 수 시스템. Cortiella의 그룹은 초기 연구 14 보여준 것처럼, 다양한 줄기 세포 집단의 운명을 안내하기 위해 활용으로 사용하면 이러한 지식은 특히 강력한 수 있습니다.
우리는 생물 반응기 개발에 대한 도움이 Maegan B. Colehour 감사합니다. 이러한 연구들은 마취 예일 대학 학과별 및 NIH 부여 HL 098,220 (LEN)을하여 재정 지원을했다. THP는 NIH T32 GM007171에 의해 지원되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
시약의 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 (옵션) |
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안락사 | |||
헤파린 | 시그마 - 알드리치 | H4784 | |
나트륨 nitroprusside | Fluka | 71,778 | |
Euthasol의 안락사 솔루션 | Virbac AH | 710101 | 390 MG / ML pentobarbital 나트륨 주식 솔루션은 IP 관리를위한 적절한 희석해야합니다 |
Decell 솔루션 | |||
챕스 | 시그마 - 알드리치 | C3023 | |
NaCl | Bioanalytical 미국 | AB01915 | |
EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산) | 시그마 | E5134 | |
NaOH | JT 베이커 | 3722-01 | |
1X PBS | Gibco | 14,190 | |
생물 반응기 구성 요소 | |||
480 ML 병 | 콜 파머 | EW - 3460560 | |
실리콘 스토퍼, 크기 14 | 콜 파머 | EW - 06298-26 | |
Y - 커넥터 | 콜 파머 | ED - 30614-08 | 간선 및 tracheal 캐뉼러에 사용 |
실리콘 튜브 | Masterflex | 96420-14; 16 | L / S 14, 16 |
압력 트랜스 듀서 | 에드워즈 Lifesciences | PX - 212 | |
체크 밸브 | 콜 파머 | EW - 98553-20 | 편도 밸브 |
4 웨이 stopcocks | 에드워즈 Lifesciences | 594WSC | |
주사기 필터 | 콜 파머 | 2915-08 | PTFE, 0.2μm |
Decell 및 rinsing apparati (생물 반응기에 첨가) | |||
500 1000 ML 유리 병 | 코닝 | 1395-500, - 1L | decell를 사용하여 중력에 의해 rinsing |
Benzonase 트리 트먼트 | |||
페니실린 / 스트렙토 마이신 | Gibco | 15140122 | |
FBS | Hyclone | SH30071.03 | |
트리스 - HCL | Bioanalytical 미국 | AB14043 | 1M, 산도 8.0 |
MgCl 2 | JT 베이커 | 2444-01 | |
BSA | 시그마 | A9647 | |
Benzonase Nuclease | 시그마 | E1014 | Endonuclease는 매트릭스에서 잔여 DNA를 제거하기 위해 사용 |
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